Untersuchungen zur Erfassung des Einflusses der Einstellparameter auf die im eingeschnürten, nichtübertragenen Lichtbogen abfallende Spannung

Zusammenfassung

Als Parameter von Einfluß auf die Lichtbogenspannung sind beim verwendeten Plasmastrahlerzeuger die Stromstärke, die Plasmagasmenge und -art, die Düsengeometrie und der Elektrodenabstand zu nennen. Die in Abb. 22 dargestellte Abhängigkeit zeigt, daß bei konstanter Argon-Plasmagasmenge mit steigender Stromstärke die Spannung abfällt. Als Grund dafür sind die Aufweitung der Bogensäule infolge stärkerer Joule’scher Aufheizung und die Verringerung des Anodenfalls zu nennen. Im Bereich von 350 bis 450 A ist bei den gewählten Versuchsdaten ein plötzlicher Spannungsabfall festzustellen. In diesem Stromstärkebereich verkürzt sich der Lichtbogen stark und der Lichtbogenfußpunkt setzt sich in der Hohlanode fest. Oberhalb von 400 bzw. 450 A steigt bei der jetzt eingenommenen kürzeren Lichtbogenlänge die Brennspannung wiederum an. Bei gegenläufiger Versuchsdurchführung nimmt der Lichtbogen erst unterhalb des genannten Stromstärkebereichs wieder die größere Lichtbogenlänge ein und der anodische Brennfleck wird wiederum instationär. Es ergibt sich damit eine Lichtbogenkennlinie, die formal einer Hysterese ähnlich ist. Mit steigender Argon-Plasmagasmenge wird bei konstanter Stromstärke ein Anstieg der Lichtbogenspannung ermittelt (Abb. 23). Infolge der höheren Strömungsgeschwindigkeit des Plasmagases werden die Randzonen des Lichtbogens stärker gekühlt. Dadurch schnürt sich der Bogen immer mehr ein, wodurch die Feldstärke erhöht wird (thermischer Pincheffekt). Ferner vergrößert sich durch die steigende Strömungsgeschwindigkeit der Anodenfall, da dem Anodenfallgebiet vermehrt Wärme entzogen wird. Schließlich werden durch den höheren Plasmagasdurchsatz die Strombahnen verlängert. Der Einsatz von Gaszuführungsstücken nach Abb. 5 mit wendelförmigen Gasführungsnuten führt gegenüber den Spannungswerten bei axialer Gaszufuhr zu einem größeren Spannungsabfall im Lichtbogen, vor allem bei Plasmagasmengen von Q_PAr ≥ 20 Nl/min. Der Grund hierfür liegt in einer verstärkten Einschnürung des Lichtbogens.